ReadScapes

 

Beoordeling van specificaties en eigenschappen
van QRD-Diffusers

door ThingMan - December 2014
Herziene versie: ©23-12-2017 ThingMan

read this article in english

• Bill Collison's
  diffuserpagina's

Werkgebied -- theoretisch en praktisch

Gebruik van uitsluitend ongemodificeerde dieptesequenties (Mod.-0) levert geen enkele beperkingen op voor de ontwerper. Goochelen met dieptesequenties kan zinvol zijn bij het ontwerpen van een specifiek op één ruimte toegespitste configuratie van klassieke QRD's. Een goed ontwerp met 100% rendement kan met elke dieptesequentie worden uitgewerkt.

Het werkgebied van een willekeurige QRD-diffuser -- zie de tekening links -- wordt uiteindelijk bepaald door vier parameters, in onderling verband en verhouding tot elkaar:

• maximale segmentdiepte (MSD)
• segmentbreedte (SB)
• N-getal (= aantal segmenten per periode)
• keuze voor een dieptesequentie (Mod.nr.) - zie tekening boven
  (een dieptesequentie is altijd gekoppeld aan een N-getal!)

MSD definieert de theoretische ondergrens van het werkgebied
SB definieert de theoretisch bovengrens van het werkgebied
Het N-getal definieert de maximaal haalbare omvang van het werkgebied (in octaven)
Dieptesequenties staan kleine verschuivingen van het gehele werkgebied toe



MSD definieert de ondergrens van het werkgebied.

hoe groter MSD
des te lager de onderste grensfrequentie van het werkgebied kan liggen.

De ontwerpformule zorgt ervoor dat een MSD van bijv. 25cm, in een QRD-7, een duidelijk diepere onderste grensfrequentie oplevert dan in een QRD-13!

Eenzelfde MSD levert bij verschillende dieptesequenties ook verschillende onderste grensfrequenties op van het werkgebied.

Daardoor kan gesteld worden dat één en dezelfde MSD verschillende ondergrenzen van werkgebieden op zal leveren, afhankelijk van zowel het N-getal als de daarbinnen gekozen dieptesequentie.

Helaas is geen van de mij bekende rekenmodules voor diffusers zich van dit fenomeen bewust. Voor zulke modules zal een MSD van 25cm altijd dezelfde ondergrens opleveren, ongeacht de gekozen dieptesequentie, terwijl dit in werkelijkheid nooit het geval zal zijn.



SB definieert de bovengrens van het werkgebied.

hoe smaller SB,
des te hoger de bovenste grensfrequentie van het werkgebied kan liggen.

Hier geldt weer hetzelfde als bij de MSD: een gegeven SB levert in een QRD-7 een lagere bovengrens van het werkgebied op dan bij een QRD-17 met diezelfde SB. Ook door een andere dieptesequentie te kiezen zal eenzelfde SB toch steeds weer een andere bovengrens opleveren.

Het lijkt heel verleidelijk om een behoorlijke MSD te kiezen, in de orde van grootte van 30 cm of zo, en om dan tegelijk de SB mooi smal te houden. 3 cm zou vast ideaal zijn!
Helaas kan de verhouding tussen SB en MSD niet ongelimiteerd uiteen worden getrokken.

De optimale verhouding van SB en MSD (= 100% rendement) hangt samen met de gekozen dieptesequentie en met het N-getal van de diffuser. Het slagen van die verhouding kan bij de verschillende diffuserontwerpen worden afgelezen aan het berekeningsresultaat van de ontwerpformule. Die verhouding drukt zich uit in een percentage, dat toont in hoeverre die verhouding geslaagd is.
Dit is in de specificaties het rendement van de diffuser.

Voor een QRD-7-4/7 Mod-0 met 100% rendement geldt op grond van deze parameters dat de MSD maximaal 4x zo groot mag zijn als de SB.

Voor andere N-getallen gelden andere optimale verhoudingsgetallen.
Dat is ook wel te zien in de zelfbouw QRD-13, linksonder.

door overschrijding van de maximale ontwerpgrenzen
voor de juiste verhouding (overdimensionering);

door het juist niet realiseren van de maximale en haalbare
ontwerpgrenzen voor de optimale verhouding (onderdimensionering)

Overschrijding...
van de ideale verhouding kan door hetzij een te grote MSD, hetzij een te smalle SB, of ook door beide samen worden veroorzaakt. Er is dan feitelijk sprake van een ondeugdelijk diffuserontwerp. De prestaties schieten ernstig tekort, want homogene diffusie is niet meer mogelijk binnen het beoogde werkgebied.
De specificaties lijken daarentegen rooskleuriger te worden door overschrijding...!
Zowel het werkgebied als het rendement worden volgens de berekeningsformule groter. Het rendement wordt zelfs groter dan 100%, wat geheel onmogelijk is.

Bij het niet realiseren...
van de ideale verhouding, is de MSD niet groot genoeg en/of is de SB juist te breed gekozen.
Er is alleen sprake van slecht diffuserontwerp als onwetendheid hieraan ten grondslag heeft gelegen, maar dat hoeft zeker niet altijd zo te zijn.
Er kan ook sprake zijn van een custom-ontwerp, dat om de een of andere reden maatbeperkt, en dus feitelijk ondergedimensioneerd is gebleven. Het ontwerp kan bijv. niet de diepte krijgen die nodig zou zijn om een optimale verhouding volledig uit te buiten tot 100% rendement.
Niettemin -- en dit is een cruciaal verschil met overdimensioneren -- de diffusie die er nog wèl is blijft van onberispelijke kwaliteit, maar vindt plaats binnen een gereduceerd werkgebied. Het is daarom niet een echt mislukt ontwerp, terwijl een overgedimensioneerde diffuser dat altijd wèl is.



Het N-getal...
is bij de meeste diffusers 7.
De conclusie is juist dat er dus ook diffusers bestaan met hogere N-getallen -- met meer segmenten per periode. Het schema met dieptesequenties hierboven liet dit al zien.

Een ontwerp met een (tweemaal) gevouwen diepste segment staat in principe ook hogere N-getallen toe, maar het wordt dan allemaal al snel erg complex, en daarna onmogelijk om een en ander nog "kloppend" te krijgen op de tekentafel.

Een QRD-11 met gevouwen segment is te realiseren.
Dat blijkt uit onderstaand bouwplan voor een prototype,
dat helemaal schaalcorrect is op pixelniveau! (1 pixel = 1mm)

Bij een QRD-7 ontwerp waarbij een optimale verhouding tussen SB en MSD bestaat, omvat het theoretisch werkgebied ALTIJD 2,75 oktaaf, ongeacht de gekozen SB of MSD.

Het is mogelijk om QRD's te ontwerpen die over een groter theoretisch werkgebied beschikken dan deze 2,75 oktaaf. De keuze voor verschillende dieptesequenties zou weliswaar iets veranderen aan de grenzen van het werkgebied, maar kan de verhouding niet verder uiteen trekken dan 2,75 oktaaf. Hoogstens verleggen. Het eindresultaat blijft altijd het werkgebied van bijna 3 oktaven.

De beste mogelijkheid voor het vergroten van het werkgebied is om te kiezen voor een hoger N-getal -- een QRD-11, -13 of zelfs -17 en -19 behoort tot de mogelijkheden. Vanzelfsprekend gaan dit nogal brede en zware panelen (periodes) worden, want het maakt behoorlijk uit of je 7 segmenten van 4cm verwerkt in één periode, of 19 van die segmenten... Een QRD-19 krijgt zo een paneelbreedte die bijna driemaal zo groot is als die van een QRD-7, indien de SB en MSD hetzelfde zijn.

Het levert nochtans interessante bevindingen op, wanneer ideale diffuserontwerpen met alleen een verschillend N-getal met elkaar worden vergeleken.

Let wel: de MSD / SB verhouding is in onderstaande vergelijkingen steeds 100%.
Alleen het N-getal wisselt, en is daarmee volledig bepalend
voor de verschillen in de theoretische werkgebieden:

QRD-7: max. 2,75 oktaaf
QRD-11 max. 3,5 oktaaf
QRD-13 max. 3,7 oktaaf
QRD-17 max. 4,25 oktaaf
QRD-19 max. 4,4 oktaaf

Het praktisch werkgebied van een QRD-7 diffuser
breidt zich aan beide uiteinden uit. Aan de onderzijde met een vol oktaaf, en aan de bovenzijde met 0,75 oktaaf
buiten het theoretische werkgebied.

Vanzelfsprekend worden ook de praktische werkgebieden van diffusers met hogere N-getallen navenant hoger
dan de theoretische tegenhangers.

Daarmee omvat het praktisch werkgebied van een QRD-7 met optimale SD / MSD verhouding ruim 4 oktaven. Dat is in de praktijk voldoende om het meest klank- en ruimtebepalende deel van het midlaag en het middengebied te omvatten, en om soms ook nog een stuk van het hoge middengebied te kunnen insluiten (bij een diffuser met een relatief smalle SB tussen 3 en 5 cm), ofwel om ervoor te kiezen een extra stuk aan de onderkant van het werkgebied te winnen, door juist voor een wat dieper paneel te kiezen met een grotere MSD dan 15 of 20cm. Die variabelen zijn goed te zien in het schema linksboven.

Helaas lukt het niet om het hele frequentiebereik met één enkele QRD-7 te behappen, tenzij het om een fractaaldiffuser gaat. Op zichzelf is dat ook niet een ultiem doel om na te streven: diffusie komt juist het best tot zijn recht onder 7kHz! Daarboven is het niet zozeer nog diffusie, maar vooral flutterbestrijding...

De 9 FWD-diffusermodellen die via de downloadpagina op deze site worden aangeboden omvatten een zeer groot deel van het hoorbare frequentiespectrum en zullen aan elke behoefte tegemoet kunnen komen.


naar boven

Homogene Diffusie en Periodiciteit

Aan een ruim werkgebied alléén heb je niet zoveel,
als er daarbinnen onvoldoende homogene diffusie plaatsvindt.

De praktijk is net wat abstracter, want homogene diffusie is niet makkelijk meetbaar of inzichtelijk te maken.

Homogene diffusie is het (gelukkig) automatische resultaat van twee succesvol uitgewerkte voorwaarden, elk op een ander gebied:

1. correcte maatnauwkeurigheid
2. periodiciteit of herhaling van een patroon

Correcte maatnauwkeurigheid is allereerst een kwestie van een juist ontwerp, zoals besproken bij de sectie "Werkgebied".
Het is in de tweede plaats een gevolg van goed zaagwerk, en vervolgens van een voldoende nauwkeurige assemblage van de gezaagde onderdelen door de bouwer. De fysieke kant van de zaak dus.
Voor een fabrieksmatige aanpak geen echt probleem; voor een amateur zelfbouwer soms nog een hele uitdaging!

Wanneer aan de voorwaarden van maatnauwkeurigheid kan worden voldaan, zal periodiciteit de laatste horde kunnen zijn bij het realiseren van homogene diffusie.

Feit:
Het is niet echt mogelijk homogene diffusie via een gegeven oppervlak te realiseren, als er slechts één diffuserpaneel of "periode" wordt toegepast.
Ook niet als het een QRD-11 of een QRD-19 van 150cm breedte betreft...

De oplossing is vrij simpel en in principe onafhankelijk van het N-getal:

Er zijn minstens drie, maar liefst vier aaneengesloten periodes nodig om een oppervlak te creëren dat echt homogene diffusie genereert in ruimte en tijd, binnen het gespecificeerde werkgebied.

Praktijkvoorbeeld:
Als voorbeeld gaan we uit van maximaal 145cm beschikbare breedte voor een beoogd diffuseroppervlak.
Voor het realiseren van homogene diffusie is het nodig om die breedte te behandelen met viermaal een periode van een identiek diffuserpaneel, zodat de gezamenlijke breedte uiteindelijk niet meer dan 145cm zal bedragen.

De gedachte zal duidelijk zijn: de juiste diffuserkeuze wordt soms aangegeven door de beschikbare maximale breedte van het te behandelen oppervlak.

Nog een Praktijkvoorbeeld:
Er is nu maximaal 160cm breedte beschikbaar voor het gewenste diffuseroppervlak. Het gaat om de wand achter de luidsprekers, gerekend vanuit het middelpunt -- dus 80cm aan weerskanten van de middellijn. Je kunt altijd uit meerdere FWD-modellen op deze site kiezen om het gewenste oppervlak te bedekken met drie of vier periodes.

Het beduidend grotere werkgebied van een QRD-19 (maar liefst 4,4 oktaaf theoretisch, en ruim 7,5 oktaaf praktisch!) kan pas echt ten nutte worden gemaakt indien er ook hiervan minstens drie of vier periodes naast elkaar kunnen worden ingezet. En een redelijk ideale QRD-19 met een bruikbaar werkgebied is zomaar 100cm breed, dus je hebt een behandelbaar wandoppervlak nodig van tenminste 3 meter om met succes homogene diffusie aan een QRD-19 te onttrekken. Niet echt geschikt als zijwanddiffuser thuis...
Het zou inderdaad een heel grote ruimte zijn die daar baat bij kan hebben... onder huiselijke omstandigheden komen bijna geen situaties voor waar een QRD-17 of -19, hoe aantrekkelijk ook, op zijn plek zou zijn, maar degenen die custom diffusers bouwen kunnen uiteraard van alles uitproberen.


Voor de zekerheid toch nog even dit:
Twee diffusers van 62cm bovenop elkaar plaatsen levert natuurlijk NIET 2 periodes op!
Het is nog steeds één periode breed; de hoogte bestaat enkel uit twee gescheiden panelen in plaats van één.


naar boven

Rendement

De belangrijkste conclusie is deze: het rendement hoeft NIETS te zeggen over de kwaliteit van de diffusie van het ontwerp.

Want ook bij een diffuser met een rendement van 50% kan er sprake zijn van volkomen homogene diffusie, al is het dan binnen het tot 50% gereduceerde werkgebied. Het werkgebied omvat dan theoretisch 1,4 oktaaf, terwijl het er 2,8 hadden kunnen zijn. Maar binnen die 1,4 octaaf is er evenveel homogene diffusie aanwezig als bij een perfect ontworpen diffuser met 100% rendement!

Het rendement is een kwaliteitscijfer dat afkomstig is uit de berekeningsformule voor verhoudingen tussen maximale segmentdiepte (MSD) en segmentbreedte (SB). Als zodanig is het een ontwerpparameter, die uitsluitend als target fungeert in de rekenfase van het ontwerp.

een rendement van 100% drukt de verwerkelijking uit
van een correct ontworpen ideale verhouding tussen MSD en SB

het resultaat is bij QRD-7 altijd een werkgebied van 2,75 oktaaf,
het maximaal haalbare gebied
waarbinnen homogene diffusie mogelijk is
mits tegelijkertijd ook de periodiciteitsregel wordt gerespecteerd.

Veelgestelde Vragen

Stofferen lijkt dus een aantrekkelijk alternatief te zijn,
maar is dat praktisch gezien niet... helaas!

Door de voorzijde van de diffuser met stof te bekleden verandert ieder verdiept segment in een afgestemd absorberend elementje. Er worden in feite heel kleine maar krachtige membraanabsorbertjes gecreëerd, en aangezien er een herhalend patroon is in de terugkerende segmentdieptes, is er ook een zich herhalend patroon van identieke selectieve, krachtige en afgestemde absorptie. Onbedoelde absorptie bovendien, zo kon RPG op grond van metingen vaststellen en beschrijven.

Nu zal het met die ongewenste absorptie misschien nog niet zo'n vaart lopen, bij de inzet van 4, 6 of 8 diffusers. Maar bij toepassing van veel diffuseroppervlak wordt die onbedoelde selectieve absorptie een domper op de feestvreugde.

Wat echter het ergst van alles is, is dat de diffuserwerking zelf voor een groot deel om zeep geholpen wordt, door er onbedoeld een membraanabsorber van te maken, en dat is natuurlijk wel heel kwalijk.
Je hebt dan diffusers gekocht of gemaakt, die uiteindelijk niet als zodanig werken...

Het lijkt in zulke gevallen het beste om dan niet voor diffusie te kiezen, want er zal van de diffuserwerking niet genoeg overblijven om enthousiast over te raken.
Misschien zijn absorberende maatregelen op die plekken een betere keuze.

Er is één mogelijkheid, schoorvoetend toegegeven... want het is nog steeds geen ideale, en ietwat contraproductieve maatregel!

Door de stoffering op tenminste 10cm voor de voorzijde van de diffuser aan te brengen, ontstaat er in elk geval geen krachtige membraanabsorptie. Zoveel is zeker.

Wèl zal de diffuserwerking zelf gecompromitteerd raken, ongeacht hoe 'transparant' de stof is. Kortom, een compromis waarmee misschien nog wel te leven valt, en waarvan je kunt zeggen dat het dan zeker beter is dan geen diffusie. Dat kan van de eerste methode van stofferen, direct op de voorzijde van het paneel, niet worden gezegd.

De berekende specificaties van diffusers zullen niet kunnen worden gerealiseerd bij stofferen, maar in hoeverre er geweld aan wordt gedaan is niet goed in gradaties of een cijfer aan te duiden.
Eigen experimenten met stoffering op 10cm voor de panelen gaven in elk geval aan dat het de diffuserwerking merkbaar verminderde, maar verder geen afbreuk leek te doen aan wat er nog van restte. Zuiver subjectief beoordeeld zou ik zeggen dat er 30 tot 40% van de werking in rook opgaat, indien diffusers achter stoffering worden geplaatst. Misschien is diffusie daarvoor toch te kostbaar...